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1、Y射线能谱测量0802 班,程道辉，U2007102220802 班，安志强，U200710210前言：Y射线首先由法国科学家P.V.维拉徳发现的，Y射线是光子，是由原子核 的衰变产生的，当原子核从激发态跃迁到较低能态或基态时，就有可能辐射出Y 射线。Y射线强度按能量分布即为Y射线能谱。通过分析Y能谱可以确定原子核 激发态的能级，对放射性分析、同位素应用及鉴定核素等方面都有重要的意义。 本实验采用闪烁探测器和多道脉冲分析器对Y射线的能量分布谱进行测量. 原子核的衰变产生Y射线，不同能级间的衰变跃迁可以产生不同能量的Y射线， 我们可以通过射线探测器对这些Y射线的能谱分析就可以推断出原子核的一些
2、性质。射线探测器的是根据射线与物质的相互作用规律研制的，可分为“信号型” 和“径迹型”，丫射线在与物质相互作用的时候可能产生三种效应：光电效应、康普顿效应 和电子对效应，这三种效应会产生次级电子，丫闪烁探测器就是利用这些次级电 子激发电离闪烁体分子，当闪烁分子退激发时会放出大量的光子，并照射在光阴 极上产生光电子，这些光电子经过借增管放大而产生可探测的电信号并通过电子 仪器的记录得到丫射线能谱，具体结构图如下：经过闪烁探测器后得到的电信号为电压脉冲信号，其幅值与入射的丫射线的 能量成正比，线号脉冲的个数正比于Y射线的强度。接收电信号的仪器可以分为 单道和多道脉冲分析器，其功能是通过测量不同幅值
3、电压脉冲信号的脉冲个数來 画出入射丫射线能量与强度的关系。单道分析器有一个下甄别电压K和一个上甄别电压匕，只有当脉冲幅值在 岭匕之间的信号才能通过，这样就可以测量出信号幅值在岭匕之间的个数, 通过改变岭并保持-匕不变，就可以测量出不同幅值所对应的个数，即为Y射线的能量与强度的关系。多道分析器是多个单道分析器构成的，其通过给不同道数的单道以不同的下 甄别电压岭，从而一次性的测出整个能谱图，其中道数正比于下甄别电压岭，进 而正比于丫射线的能量。实验所得的能谱下图所示：丫射线与物质相互作用有三种效应：光电效应、康普顿效应和电子对效应。 光电效应是指Y射线光子在与物质互相作用时把全部能量都给了原子中的
4、束缚 电子，使其脱离原子发射出來，可以知道，如果入射的Y射线是单能的，则发射 的电子也会是单能的，并且发生光电效应的儿率随原子序数的增加而迅速增大， 随入射Y射线能量的增大而减小。康普顿效应是指入射丫射线光子与物质原子产生非弹性碰撞，一部分能量传 递给电子使其脱离原子，剩余的能量使得Y射线的能量和方向发生改变，这种改 变是连续的，故单能的Y射线入射时会产生连续能量的自由电子，并且发生康普 顿效应的儿率随原子序数的增加而迅速增大，随入射Y射线能量的增大而减小， 但比光电效应减小的慢。最后是电子对效应，其是指Y射线光子在原子库伦场的作用下转化成一对正 负电子，正电子寿命很短，最后只剩下自由的负电子
5、。这种效应只有在丫射线能 量大于1. 022MeV时才会发生，并且能量越大效应越显著。综上所述，当丫射线能量较小时发生光电效应，当能量大与IMeV是康普顿 效应占优，电子对效应只有在能量大于1. 022MeV时才会发生，并且能量越大效 应越显著。下面我们利用上面的原理简单的來讨论一下Y射线能谱的特点，因为从原子 核中发射出來的Y射线本身就是有不同的能量的，当我们用探测器去测量时，因 为有上述三种的效应存在，特别是康普顿效应的发射电子能量是连续的，所以即 使是单能的Y射线，我们从探测器中得到的信号也是连续的，就如上图所示，丫 射线能谱有三个峰和一个平台，最右边的1号峰为全能峰，是由于光电效应贡献
6、 的，2号平台区域是康普顿效应贡献的，3号峰为反散射峰，是丫射线发生康普 顿散射产生的，4号峰为为X射线峰。实验细节:实验所用的仪器有：放射源，Y闪烁探测器，高压电源，放大器，微机多道分析器.实验步骤有：1测量系统准备。检查系统，预热系统设备，了解仪器操作。2. Y射线能谱测量。使用仪器观察Y射线能谱,选择合适的放大器电 圧和放大倍数，测量Y射线能谱图.3. 谱仪的能量标定。4. 谱仪能量分辨率计算。实验结果：1. 实验中我们一共测了 10组数据，时间均为600s,如下图Y射线能谱测量表t二600s嘩域嘩域嘩域冲90090090095095195098098098095046846846866
7、4829888116138108135167112313982333918755213121553612137166961215999051615112716720217823628422429036723226966194701539217752125209847137219913790513154372499607538727892672884不可见7062012114402113191309791527075100687174不可见962345%60%72%65%85%108%78%104%140%87%压V)数址数址数址数白 电一倍道计道计道计址注:前面9组数据为探索放大器电压和放大倍
8、数对丫射线曲线的影响最后一 组为定标数据.2. 定标:我们测的定标数据为第十组根据后边的理论知识，我们可以算得3号峰的能量值为E二0. 184MeV.而一号和三号峰之间的道址差n二706-232二474每一个道址的能量0.662MeV-0.184MeV474= 0.001008MeV3. 探索放大器电压和放大倍数对能谱图影响：一开始我们想根据能谱占总道址的百分比來计算，但是其中儿组数据都超 过100%,为估算数据，因此改用3, 4峰道址差作为参考数据.根据计算,我们得到下图Y射线能谱3, 4峰道址差随放大器电压，放大倍数变化表900638510495090120146980116155200根
9、据表做图得到下面两个图:电压(v)Y射线能谱3, 4峰道址差随放大器电压，放大倍数变化表我们可以看出：.放大器借数对能谱图的影响是线性的放大器借数越大，能谱图越 长.放大器电压对放大器的影响是非线性的，但接近于线性.放大器电压 越大,能谱图越长.故该放大器可以看作线性放大器.结果讨论：从原子核中发射出來的Y射线本身就是有不同的能量的，当我们用探测器去 测量时，因为有上述三种的效应存在，特别是康普顿效应的发射电子能量是连续 的，所以即使是单能的丫射线，我们从探测器中得到的信号也是连续的，应此丫 射线能谱有三个峰和一个平台，最右边的峰为全能峰，是由于光电效应贡献的， 平台是康普顿效应贡献的，1号峰为反散射峰，是Y射线发生康普顿散射产生的, 为X射线峰。由数据表可知：1. 放大器倍数越大，能谱图越长.放大器电压越大,能谱图越长.2. 计数随着放大器倍数增加而减少.是由于放大器倍数越大，能谱图越长，而单位 时间内放射源释放出來的粒子数不变，因此计数随着放大器倍数增加而减少.3. 计数随着放大器电压增大而减小.感想体会：1. 通过本实验，我们了解了 Y射线能谱图的特点，学习了 Y射线闪烁探测器的 使用.2. 特别感谢唐老师对我们的指导.参考文献：唐朝群编近代物理实验华中科技犬学物理系,2011年褚圣麟编 原子物理学高等教育出版社
